怎樣才能確保海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)健康？

——談?wù)劷Y(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)及其方法的研究 ？

吳永禮

（中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所，北京100190）

 結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)是對(duì)結(jié)構(gòu)物進(jìn)行實(shí)時(shí)、無(wú)損和全面的損傷評(píng)估技術(shù)。它是利用實(shí)測(cè)的結(jié)構(gòu)物動(dòng)力響應(yīng)信號(hào)，提取結(jié)構(gòu)本身的參數(shù)或與結(jié)構(gòu)本身參數(shù)相關(guān)的指標(biāo)，并由此推斷結(jié)構(gòu)損傷情況。它是傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)的逆問(wèn)題，屬傳感器技術(shù)、結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)、信號(hào)處理技術(shù)、概率統(tǒng)計(jì)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等交叉領(lǐng)域。 Housner等人將結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)定義為一種從營(yíng)運(yùn)狀態(tài)的結(jié)構(gòu)中獲取并處理數(shù)據(jù)，評(píng)估結(jié)構(gòu)的主要性能指標(biāo)(如可靠性、耐久性等)的有效方法。健康診斷基本目標(biāo)是由實(shí)測(cè)信號(hào)識(shí)別結(jié)構(gòu)損傷。關(guān)于結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別的目標(biāo)，Sohn 和Farrar人提出損傷識(shí)別的5個(gè)層次: 識(shí)別結(jié)構(gòu)中是否有損傷產(chǎn)生，確定損傷位置，識(shí)別損傷類型，量化損傷的嚴(yán)重程度，確定結(jié)構(gòu)物的剩余壽命。目前的損傷識(shí)別研究中能達(dá)到第三、四、五層次的較少。
 本文首先介紹海洋平臺(tái)進(jìn)行結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的必要性，然后給出海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的現(xiàn)狀以及所面臨的主要問(wèn)題。
1 海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的必要性
1.1結(jié)構(gòu)損傷帶來(lái)的巨大災(zāi)難和損失
    1967年Sedco135型半潛式三角型平臺(tái)在進(jìn)行采油作業(yè)時(shí)，其尾部的水平撐桿破壞。
同年5月，在美國(guó)墨西哥灣，Rangerl號(hào)自升式鉆井平臺(tái)后腿柱破壞失效，致使平臺(tái)失去平衡，甲板傾斜墜落，并使前腿彎折屈曲而導(dǎo)致整座平臺(tái)最終完全破壞。
    1980年3月，北海的一座生活供應(yīng)平臺(tái)A.L.elland號(hào)撐桿處的水聲器支座萌生的疲勞裂紋發(fā)生擴(kuò)展，致使撐桿折斷破壞，并導(dǎo)致與所支撐的承重腿柱相連的其它五根撐桿也因過(guò)載而破壞，隨后承重腿柱失穩(wěn)，平臺(tái)失去平衡，幾十分鐘后平臺(tái)全部?jī)A覆，123人喪生，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。
    1982年，加拿大“海洋探索者”號(hào)(Oceean Ranger)半潛式平臺(tái)沉沒(méi)，死亡84人。
2001年，當(dāng)時(shí)世界上最大的半浮動(dòng)式海上油井平臺(tái)，巴西P-36號(hào)平臺(tái)沉入大西洋底（見(jiàn)圖1）。該平臺(tái)耗資3.6億美元，僅事故造成的油井停產(chǎn)就使巴西每天損失300多萬(wàn)美元，該平臺(tái)的沉沒(méi)不僅給巴西造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，還帶來(lái)了環(huán)境污染問(wèn)題。